nghiên cứu khả năng xử lý kim loại nặng ( pb, zn ) của phosphorylat lignin tổng hợp từ lignin

LỜI CẢM ƠN Thời gian học tập, nghiên cứu để hoàn thành nghiên cứu khoảng thời gian quý báu thân Thông qua q trình đó, giúp tơi có thêm nhiều kiến thức thực tế làm việc phòng thí nghiệm, kĩ khác cho công việc tương lai sau tốt nghiệp Để hoàn thiện nghiên cứu, xin gửi lời cảm ơn tới Thạc sĩ Trần Anh Tuấn – Giảng viên Viện môi trường hàng hải, đại học hàng hải Việt Nam trực tiếp hướng dẫn tận tình, tạo mội điều kiện tốt cho suốt thời gian nghiên cứu Xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô Viện môi trường – VMR truyền đạt cho kiến thức năm học trường Để tơi có kiến thức phục vụ cho việc hoàn thành nghiên cứu Tôi xin gửi lời cảm ơn tập thể cán trung tâm đào tạo tư vấn KHCN bảo vệ môi trường thủy – trường đại học Hàng Hải Việt Nam tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tơi q trình làm thực nghiệm Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè ln động viên, giúp đỡ để tơi hồn thành khóa ln Hải Phòng, ngày tháng 12 năm 2015 SINH VIÊN Nguyễn Thị Hồng Thơm i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii MỤC LỤC BẢNG iv MỤC LỤC HÌNH v MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT 1.1 Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng nước mặt nước thải Việt Nam3 1.1.1 Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng nước thải Việt Nam 1.1.2 Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng nước mặt Việt Nam 1.2 Tổng quan lignin hợp chất lignin 13 1.2.1 Lignin 13 1.2.1.1 Giới thiệu lignin .13 1.2.1.2 Cấu trúc phân tử lignin 15 1.2.1.3 Tính chất vật lí lignin 19 1.2.1.4 Tính chất hóa chất hóa học lignin 21 1.2.1.5 Ứng dụng lignin 21 1.2.2 Ligninosulfonat 22 1.2.2.1 Giới thiệu ligninosulfonat .22 1.2.2.2 Cấu trúc phân tử ligninosulfonat 23 1.2.2.3 Ứng dụng lignosulfnat 24 1.2.3 Phosphorinlignin .25 1.2.4 Ưu điểm việc sử dụng lignin, lignosulfonat Phosphorinlignin để xử lý kim loại nặng 27 CHƯƠNG2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28 2.1 Đối tượng nghiên cứu 28 2.1.1 Quy trình thu hồi lignin nước thải dịch đen[1] .28 2.1.2 Quy trình tổng hợp phosphorylat lignin 29 2.1.3 Dung dịch ion kim loại Zn, Pb 30 ii 2.2 Dụng cụ hóa chất 31 2.2.1 Dụng cụ thiết bị 31 Máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS AAnalyst 700 (Perkin Elmer) 31 2.2.2 Hóa chất 31 2.3 Phương pháp nghiên cứu 31 2.3.1 Đối với thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng pH: 31 2.3.2 Đối với thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng khối lượng phosphorinlignin 32 2.3.3 Đối với thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng nồng độ kim loại đầu vào: 32 2.3.4 Đối với thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng thời gian: 33 2.3.5.Đối với thí nghiệm khảo sát đường cân bằng hấp phụ đẳng nhiệt: 33 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN VỀ KHẢ NĂNG XỬ LÝ KIM LOẠI NẶNG CỦA PHOSPHORYLAT LIGNIN .34 3.1 Kết khảo sát khả xử lý kim loại nặng phosphorinligin phụ thuộc vào ảnh hưởng pH 34 3.2 Kết khảo sát khả xử lý kim loại nặng phosphorinligin phụ thuộc vào khối lượng hấp phụ 36 3.3 Kết khảo sát khả xử lý kim loại nặng phosphorinligin phụ thuộc vào nồng độ kim loại đầu vào .38 3.4 Kết khảo sát khả xử lý kim loại nặng phosphorinligin phụ thuộc thời gian 40 3.5 Khảo sát đường cân hấp thụ đẳng nhiệt 42 KẾT LUẬN .47 TÀI LIỆU THAM KHẢO 49 MỤC LỤC BẢNG iii Bảng 1.Nước thải số cơng ty khí, mạ kim loại phía Bắc Bảng Nước thải khu cơng nghiệp phía Bắc Bảng Kết phân tích kim loại Cd, Zn Pb số mẫu nước khu công nghiệp Hòa Khánh Bảng Hàm lượng kim loại nặng nước thải làng nghề Thái Bình Bảng Hàm lượng kim loại nặng nước sông Kim Ngưu – Tô Lịch 11 Bảng Hàm lượng kim loại nặng nước mặt Thanh Trì – Gia Lâm 12 Bảng Tỉ lệ loại liên kết đơn vị phenylproppan .18 Bảng Hàm lượng lignin gỗ .19 Bảng Bảng kết hiệu suất thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng pH lên trình phản ứng .34 Bảng Kết hiệu suất thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng hàm lượng phosphorylat lignin lên trình hấp phụ 37 Bảng 3 Kết hiệu suất thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng nồng độ đầu vào lên trình hấp phụ 39 Bảng Kết hiệu suất thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng thời gian lên trình hấp phụ 41 Bảng Kết lượng kim loại nặng xử lý 43 Bảng Các thơng số phương trình Langmuir .46 iv MỤC LỤC HÌNH Hình Biểu đồ hàm lượng Pb, Zn số sở 10 Hình Diễn biến hàm lượng Pb, Zn dòng sơng Kim Ngưu – Tơ Lịch .15 Hình Thành phần lignin gỗ tự nhiên 19 Hình Công thức cấu tạo lignin 20 Hình Cơng thức phân tử lignin 21 Hình Các liên kết phổ biển lignin .22 Hình Sơ đồ công nghệ thu hồi Lignin .34 Hình 2 Sơ đồ tổng hợp phosphorylat lignin 35 Hình Ảnh hưởng giá trị pH lên trình hấp phụ kim loại nặng Phosphorylat lignin 40 Hình Ảnh hưởng hàm lượng phosphorylat lignin lên trình hấp thụ kim loại nặng .42 Hình 3 Ảnh hưởng nồng độ kim loại đầu vào lên trình hấp thụ kim loại nặng 44 Hình Ảnh hưởng thời gian tiếp xúc lên trình hấp thụ kim loại nặng 46 Hình Đường cân hấp phụ đẳng nhiệt Pb (II) lên phosphorylat lignin 48 Hình Đường cân hấp phụ đẳng nhiệt Zn (II) lên phosphorylat lignin 48 v MỞ ĐẦU Thế giới ngày đứng trước nhiều thách thức lớn, đó, thách thức mơi trường ngày cấp bách quy mơ lẫn tính chất phạm vi tồn cầu Ơ nhiễm mơi trường diễn nhiều mặt đời sống kinh tế, xã hội, yếu tố môi trường Cùng với phát triển kinh tế, đặc biệt hoạt động công nghiệp ngày mở rộng quy mô chất lượng Đây nguyên nhân chủ yếu gây nên ô nhiễm kim loại nặng mơi trường nước Những dòng thải chứa nước thải ngành cơng nghiệp mạ điện, khai khống, khí, ắc quy, chứa kim loại nặng Pb(II), Zn(II), Ni(II) có nồng độ cao từ vài mg/l đến vài trăm mg/l Những nguồn không xử lý triệt để, thải môi trường gây hại cho mơi trường tiếp nhận Do tính chất khơng có khả phân hủy sinh học xu hướng tích tụ tế bào thực vật, động vật, người nên ô nhiễm kim loại nặng thật thách thức to lớn đặt cho người Hiện nay, có nhiều phương pháp sử dụng trình nghiên cứu để xử lý kim loại nặng kết tủa, keo tụ, trao đổi ion, lọc màng, sinh học Mỗi phương pháp có ưu việt riêng, nhược điểm chung tạo nhiều bùn thải giá thành cao Do đó, việc nghiên cứu vật liệu có sẵn tự nhiên hay tận dụng nguồn thải q trình cơng nghiệp, nơng nghiệp để đưa vào xử lý kim loại nặng nguồn nước thài khổng lồ cần thiết Hàng năm nhà máy giấy nước ta sản xuất hàng chục nghìn giấy bột giấy, thải vào mơi trường lượng chất thải hữu khơng nhỏ lignin chiếm lượng đáng kể Do vậy, xử lý nguồn phế thải nhà máy giấy vấn đề cấp thiết để bảo vệ môi trường Về lâu dài phải hướng việc nghiên cứu khả tận dụng lignin dẫn xuất lignin để sản xuất sản phẩm khác phục vụ kinh tế quốc dân Việc tận dụng chế phẩm chế tạo vật liệu để xử lý kim loại nặng nước giải vấn đề môi trường ngành công nghiệp giấy bột giấy, mà góp phần giảm thiểu nhiễm số ngành khác phát sinh chất ô nhiễm kim loại nặng Vì vậy, nghiên cứu khả xử lý kim loại nặng ( Pb, Zn ) phosphorylat lignin tổng hợp từ lignin hướng tiếp cận có giá trị mặt kinh tế, tận dụng phế thải, tiết kiệm chi phí xử lý mơi trường Đây cách tiếp cận thân thiện với môi trường vừa xử lý ô nhiễm, vừa giải vấn đề cấp bách công bảo vệ môi trường CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT 1.1 Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng nước mặt nước thải Việt Nam Cùng với gia tăng hoạt động công nghiệp việc sản sinh chất thải nguy hại, tác động tiêu cực trực tiếp đến sức khỏe người hệ sinh thái Các hoạt động khai thác mỏ, công nghiệp thuộc da, công nghiệp điện tử, mạ điện, chế tạo khí hay công nghệ dệt nhuộm… tạo nguồn ô nhiễm chứa kim loại nặng độc hại Cu, Pb, Ni, Cd, As, Hg, Zn Các kim loại có liên quan trực tiếp đến sức khỏe người đặc biệt biến đổi gen, ung thư ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường 1.1.1 Hiện trạng ô nhiễm kim loại nặng nước thải Việt Nam[1] Ơ nhiễm mơi trường kim loại nặng vấn đề lớn nhiều ngành sản xuất công nghiệp Việt Nam Nước thải ngành cơng nghiệp khai khống, mạ điện, khí, pin ắc quy chứa kim loại nặng Cu(II), Pb(II), Cd(II), Zn(II) với nồng độ cao từ vài mg/L đến vài trăm mg/L Bên cạnh đó, nước thải từ hoạt động tái chế kim loại làng nghề chứa kim loại Tuy nhiên, với thực trạng nay, dòng thải khơng qua xử lý xử lý không hiệu gây nguy hại cho mơi trường tiếp nhận kim loại nặng có xu hướng tích tụ tế bào thực vật, động vật người gây tác động xấu tới sinh vật sức khoẻ người cách nghiêm trọng Nước thải từ sở sản xuất công nghiệp Các khảo sát chất lượng nước thải số sở sản xuất đặc trưng sở mạ điện, sản xuất ắc quy, khí tỉnh phía Bắc nhận định rằng: Hầu thải xuất kim loại nặng As, Cd, Cu, Hg, Pb, Ni, Zn, Cr với nồng độ khác nhau, tùy thuộc vào đặc điểm công nghệ ngành (bảng 1.1) Một số kim loại nặng Zn(II), Ni (II), Cr(VI), Fe(II) nước thải Công Ty TNHH KYB vượt QCVN 40:2011-BTNMT cột B nhiều lần Đáng chý ý nước thải phát sinh từ q trình sản xuất ắc quy Cơng ty TNHH ắc Quy Hải Phòng có hàm lượng kim loại Pb(II) cao, vượt tiêu chuẩn QCVN 40 : 2011-BTNMT 300 lần; hàm lượng kim loại Zn(II) vượt QCVN 40: 2011-BTNMT lần Ngoài ra, nước thải công ty Oread Fasteners Việt Nam - HP có thành phần tổng Cr vượt QCVN đến 80 lần Đây nhứng kim loại có tính độc cao cần xử lý hiệu nhằm đạt tiêu chuẩn xả thải tái sử dụng cho trình sản xuất Diễn biến kim loại nặng biểu diễn hình 1 Bảng 1 Nước thải số cơng ty khí, mạ kim loại phía Bắc Nồng độ (mg/L) Hàm Cơng lượng Pb Thông số As ty CT Oread ắc quy Fasteners Cơng ty Hải Việt Nam Phòng – HP 0,058 Cd Công CT ty quy KYB Longtech chế từ Việt sơn Nam Công ty phụ tùng QCVN xe máy 40:2011 Việt (cột B) Nam) 0.006 0.019 - 0.0012 0.1